Коэффициенты теплопередачи

Выясним, как изменяются средние коэффициенты теплообмена a*/ Oj и гидравлического сопротивления ?*/? на входном участке длиной / плоского канала шириной 5 при движении однофазного теплоносителя теплопроводностью \ и числом Ргт в результате заполнения канала пористым материалом теплопроводностью X, имеющим вязкостный а и инерционный /3 коэффициенты сопротивления и средний размер частиц d4, Массовый расход теплоносителя G и число Рейнольдса потока Re = = G5/ (л остаются неизменными.

К тому же высокая интенсивность переноса теплоты между слоем и погруженной поверхностью — одно из главных достоинств кипящего слоя, особенно привлекающий инженеров-теплоэнергетиков. Кого из них может оставить равнодушным такой пример: если сравнить коэффициенты теплообмена между кипящим слоем песка эквивалентного диаметра 0,2 мм и трубным пучком

Для первого этапа (1949—1957) исследований внешнего теплообмена — так иногда именуют теплообмен слоя с поверхностью — характерно проведение работ главным образом в ограниченном диапазоне изменения экспериментальных параметров; тем не менее часто делались попытки придать результатам обобщенный характер. Это не только вводило в заблуждение читателей, но и «играло злую шутку» с самими исследователями. Особенно подводил масштабный фактор. Чрезвычайно высокие коэффициенты теплообмена, получаемые в небольших лабораторных установках, не только не воспроизводились при переходе к более крупным, но изумляли своим непостоянством у различных авторов.

Многообразие моделей порождает обилие формул. Большинство из них дает лишь правильную качественную оценку. Так как сложные громоздкие расчетные соотношения не гарантируют в качестве компенсации повышение точности, можно отдать предпочтение более простым, в частности описывающим максимальные коэффициенты теплообмена. Универсальных (для крупных и мелких слоев) формул, к сожалению, не существует.

Предпочитая простоту и удобство, естественно, не в ущерб достоверности, для кипящих слоев «мелких» частиц можно рекомендовать широко популярную формулу Numax = 0,86 Аг°'2, весьма успешно предсказывающую максимальные коэффициенты теплообмена.

Если ограничить «свободу» продуваемого газом слоя крупных частиц (с помощью сетки, установленной сверху, не дать ему возможности расширяться, а частицам двигаться), создав таким образом «зажатый» слой, то с ростом скорости фильтрации газа коэффициенты теплообмена будут только увеличиваться (порозность останется неизменной), значительно превышая а кипящего слоя. Дурной пример заразителен: точно так же будут вести себя и слои, «продуваемые» капельной жидкостью, например водой.

Так почему же в области, классифицируемой как кипящие слои крупных частиц, с ростом диаметра увеличиваются и максимальные коэффициенты теплообмена? Все дело в газоконвективном теплообмене. В слоях мелких частиц скорости фильтрации газа слишком малы, чтобы конвективная составляющая теплообмена могла себя «проявить». Но с увеличением диаметра зерен она возрастает. Несмотря на низкий кондуктивный теплообмен, в кипящем слое крупных частиц рост конвективной составляющей компенсирует этот недостаток.

Так гласит теория (правда, простейшая), а что же опыт? Экспериментируя с водородом, воздухом и углекислым газом, И. Вике и Ф. Феттинг, например, получили соотношение коэффициентов теплообмена 3:1:0,75. Для упомянутых газов значения Я, относятся, как 7:1:0,62, а величины Я0'6— как 3,22:1:0,75, т. е. коэффициенты теплообмена примерно пропорциональны теплопроводности газа в степени 0,6. Такие же или близкие к ним результаты были получены многими исследователями.

либо в коридорном порядке, когда четыре соседние трубы в плоскости, перпендикулярной к их осям, образуют прямоугольник, либо в шахматном (ромб). Наличие трубных пучков в кипящем слое, с одной стороны, делает его более однородным, дробя поднимающиеся пузыри, а с другой, тормозит, «сковывает», «стесняет» движение твердой фазы. Но, как говорится, в тесноте, да не в обиде. Коэффициенты теплообмена кипящего слоя с трубными пучками мало чем отличаются от теплообмена слоя с одиночной трубой.

где <*! и а2 — коэффициенты теплообмена соответственно от горячего воздуха камеры к внутренней стенке и от внешней стенки к наружному воздуху, Вт/(м2'°С), они характеризуют интенсивность теплообмена между поверхностью тела и окружающей ере-га

Экспериментальные исследования конвективного теплообмена на макетах тепловыделяющих элементов при электрическом нагреве в диапазоне температур 165— 300 °С, давлений 115—160 атм и тепловых потоках (3— 4) •106 ккал/м-час показали высокие коэффициенты теплообмена (30000—180000 ккал/м-час-°С).

Число труб в пакете в горизонтальной плоскости выбирается исходя из скорости продуктов сгорания 6—9 м/с. Скорость эта определяется стремлением, с одной стороны, получить высокие коэффициенты теплоотдачи, а с другой — не допустить чрезмерного эолового износа. Коэффициенты теплопередачи при этих условиях составляют обычно несколько десятков Вт/(мй-К). Для удобства ремонта и очистки труб от наружных загрязнений экономайзер разделяют на пакеты высотой 1 — 1,5м с зазорами между ними до 800 мм.

Для большинства нагревательных приборов, имеющих обычно довольно сложную форму, коэффициенты тгплоот-дачи определены экспериментальным путем при условиях теплообмена, близких к рабочим, их можно найти в специальной литературе [15]. В целом коэффициенты теплопередачи в приборах отопления невелики. Например, для прибора, состоящего из трех горизонтальных ребристых труб, расположенных друг над другом, /г = 4,5 Вт/(м'2-К).

W=Gcp Вт/°С; &i и &2 — постоянные по длине коэффициенты теплопередачи, отнесенные к единице длины, Вт/(м-°С). В рассматриваемом частном случае задано &2 = а2 и Т — температура поверхности теплообмена.

Коэффициент теплоотдачи и коэффициенты теплопередачи принять постоянными по длине и при их определении использовать физические свойства воды при средней по длине температуре воды в данном канале.

6. По формулам табл. 26 находят коэффициенты теплоотдачи а„, ал и O.J, a по табл. 24 — коэффициенты теплопередачи k. Величину (Q6.r 4- Qn) BV/H при определении температуры Та загрязнения для перегревателей сначала задают, а затем уточняют.

где Я3 - периметр здания, м ; А ., -площадь здания, м2; h — высота здания, м; п0с — коэффициент остекления, т. е. отношение площади стекол к площади вертикальных наружных ограждений; .Кет, Кок, К„ол и Кпот - коэффициенты теплопередачи соответственно стен, окон пола и потолка.

При передаче тепла в конвективных поверхностях нагрева котельного агрегата в нем в зависимости от рода поверхности нагрева изменяются разности температур и коэффициенты теплопередачи.

6. По формулам табл. 26 находят коэффициенты теплоотдачи а„, ал и а2, а по табл. 24 — коэффициенты теплопередачи k. Величину (Qo. г ~Ь Qn) Bf/H при определении температуры Т3 загрязнения для перегревателей сначала задают, а затем уточняют,

Коэффициенты теплопередачи в испарителях рассматриваемого типа обычно находятся в пределах 2,2—2,5 кВт/(м2-°С). При-

По формуле (2-77) находим, что коэффициенты теплопередачи будут равны:

Для случая (б) находим, что коэффициенты теплопередачи становятся равными: